De interactie tussen het klimaat en de Afrikaanse grote meren: een studie met een regionaal klimaalmodel.

In dit doctoraatsonderzoek zal gebruik gemaakt worden van het regionaal klimaatmodel CCLM, waaraan zeer recent het zoetwater meermodel FLake werd gekoppeld. Het onderzoek zal worden opgebouwd langsheen drie centrale assen: (i) de verbetering van de voorstelling van turbulente uitwisselingen en hydrodynamica in FLake, (ii) klimaatsimulaties – en evaluatie –voor Centraal en Oost Afrika met behulp van CCLM dat zal worden aangedreven door output van een globaal klimaatmodel (GKM) en (iii) het bepalenvan de onzekerheidsmarge van deze simulaties via de ontwikkelling van een nieuwe methode, de zogenaamde fysisch-gefundeerde statistische schaalvergroting. De tweede as kan op zijn beurt worden ingedeeld in twee delen, aangezien simulaties zullen worden uitgevoerd zowel voor het hedendaagse (2001-2012) als het toekomstige (2071-2100) klimaat.

1. Verbeteren van CCLM’s FLake module
De interactie tussen de atmosfeer en een meeroppervlak hangt in grote mate af van de oppervlaktetemperatuur en diens evolutie. Bovendien wijzigen meren in belangrijke mate de structuur van de oppervlakte laag en daarmee ook de vocht-, warmte- en momentumflux. Hoewel FLake goed slaagt in de voorstelling van kleine, ondiepe meren, ondervindt het moeilijkheden met het correct simuleren van grote, diepe meren. Drie belangrijke problemen in de huidige modelversie zullen worden onderzocht. Ten eerste zal de berekening van de verschillende ruwheidslengtes beschouwd worden. Vervolgens zal de voorspelling van het temperatuurprofiel verbeterd worden door een bijkomende laag en horizontaalwarmte- en massatransport in het model te introduceren. Het model zal hierbij worden getest voor het Kivumeer aan de hand van een reeks temperatuurprofielen die opgemeten werden door het EAGLES consortium. Ten slotte zal getracht worden de spin-up tijd van het model te reduceren door gebruik te maken van de klimatologisch gemiddelde toestand van het meer als beginvoorwaarde voor de simulatie.

2.1. Simulatie voor het heden
CCLM zal worden aangewend voor een simulatie voor de periode 2001-2012, waarbij randvoorwaarden afkomstig van het Era-Interim project gebruikt zullen worden. Het domein zal Centraal en Oost-Afrika omvatten, en zal uit 150 x 150 x 32 gridpunten bestaan met een horizontale resolutie van 0.0625° (7 km). Deze resolutie is voldoende hoog om het effect van het Kivumeer op het regionaal klimaat te begroten. Alvorens een klimaatpredictie kan worden uitgevoerd, is het van belan de prestatie van het model in het huidige klimaat te evalueren. Deze evaluatie zal worden uitgevoerd aan de hand van in-situ metingen, satellietdata afkomstig van de “Tropical Rainfall Measurement Mission” (TRMM) en de spectroradiometer aan boord de Terra satelliet.

2.2. Begroten en verklaren van klimaatsverandering rondon het Kivumeer
Het toekomstige klimaat rondom het Kivumeer zal worden gesimuleerd met behulp van CCLM voor de periode 2071-2100. Het Hamburg GKM (ECHAM5) zal begin- en randvoorwaarden leveren voor deze simulatie die hetzelfde domein en resolutie zal omvatten als de eerste simulatie. Op basis van deze simulatie zullen wijzigingen in atmosfeercirculatie en het effect op het regionale klimaat onderzocht worden.Daarbij zal bijzondere aandacht worden geschonken aan de wijzigende invloed van grootschalige klimaatoscilaaties zoals bijvoorbeeld de El Niño-Southern Oscillation.

3. fysisch-gefundeerde statistische schaalvergroting
De uitvoer van één enkele simulatie verschaft geen informatie omtrent de onzekerheidsmarge van de klimaatpredictie. Echter, aangezien de uitvoer van een groot aantal simulaties een zeer grote rekenkrachtvereist, zal in dit project de methode van de fysisch-gefundeerde statistische schaalvergroting uitgewerkt worden. Daarbij zal gericht op zoek gegaan worden naar statistische relaties tussen output van het globale en het hoge-resolutie klimaatmodel. Deze relaties zullen vervolgens dienen als basis voor een model dat transferfuncties bepaald tussen temperatuur en neerslagpatronen enerzijds en geofysische factoren en grootschalige meteorologische patronen anderzijds. Voor de ontwikkeling van dit model zal gebruik gemaakt worden van geavanceerde statistische methodes zoals daar zijn principale componentenanalyse, maximale covariantie analyse en de Mann-Kendall niet-parametrische trend test. Dit offline model zal vervolgens getest worden zoals reeds beschreven in §2.1., waarna het zalworden aangedreven door grootschalige klimaatcondities bepaald door verschillende GKM’en emissiescenario’s.